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Technisches
Gebiet
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Antriebszahnriemen,
der im Hinblick auf eine verbesserte Zahnform entworfen wurde. Insbesondere
ist die vorliegende Erfindung auf eine Bespanngewebeschicht für den Antriebszahnriemen
im Hinblick auf eine verbesserte Zahnform gerichtet.
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Technischer
Hintergrund
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Herkömmliche
Antriebszahnriemen besitzen Zähne,
die unter rechten Winkeln zur mittleren Umfangslinie des Riemens
angeordnet sind. Solche Riemen sind in den US-Patenten Nrn. 4,145,011
und 4,690,664 gut veranschaulicht. Bei diesen Riemen des Standes
der Technik ist der gesamte Zahn gleichzeitig mit einer entsprechenden
Vertiefung der Riemenscheibe in Eingriff.
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Das
US-Patent Nr. 5,209,705 offenbart einen Antriebszahnriemen mit wenigstens
zwei in Querrichtung benachbarten Reihen von Zähnen, die Mittellinien besitzen,
die in Längsrichtung
gleichmäßig um eine
Teilungslänge
beabstandet sind und schräg
zur Längsrichtung
verlaufen. Die Zähne
in den in Querrichtung benachbarten Reihen sind unter entgegengesetzt
gleichen Winkeln angeordnet, wobei die Mittellinien dieser benachbarten
Zähne um
einen Abstand von 10% bis 90% der Teilungslänge gegeneinander versetzt
sind. Solche Riemen sind in Kurzschreibweise als HOT-Riemen (helical-offset-tooth belt
= Riemen mit schraubenartig versetzten Zähnen) bekannt.
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Riemen
des Standes der Technik und HOT-Riemen des US-Patents Nr. 5,209,705
sind zwecks Verschleißfestigkeit
an der Außenfläche der Riemenzähne mit
dehnbarem Gewebematerial versehen. Herkömmliche auf diesem Gebiet verwendete abriebfeste
Gewebe sind Baumwolle, Baumwolle-Nylon-Mischung, Nylon, Aramid,
Aramid-Rayon-Mischung, Acryl, Acryl-Rayon-Mischung, Polyester, Polyester-Baumwolle-Mischung
und Rayon. Die ausgewählten
Gewebe besitzen vorzugsweise eine Wärmebeständigkeit von bis zu wenigstens
500°F (260°C).
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Das
US-Patent Nr. 5,645,504 offenbart die Verwendung eines Gewebes mit
einer 1 × 1-Rippenkonstruktion
zur Verwendung in herkömmlichen Zahnriemen
des oben beschriebenen ersten Typs. Das gewählte Gewebe besitzt eine Plisseestruktur, die
eine Dehnung in einer zu den gewebten Rippen quer verlaufenden Richtung
ermöglicht.
Das Gewebe dehnt sich im Gebrauch um etwa 15% bis etwa 200%. Während der
Herstellung des Riemens, werden die Rippen des Gewebes so orientiert,
dass sie quer zur Riemenrichtung verlaufen und auf die Zähne ausgerichtet
sind.
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Das
US-Patent Nr. 5,545,097 offenbart einen Reifengürtel mit einem Bespanngewebe,
das mit einer Resorcin-Formaldehyd-Latex-(RFL)-Lösung behandelt wurde. Das Bespanngewebe
ist ein Webstoff, bei dem die Kettfäden quer zur Gürtelrichtung verlaufen
und auf die Zähne
ausgerichtet sind, während
die Schussfäden
in Längsrichtung
verlaufen. Das Gewebe ist ein glattes Gewebe, geköpertes Gewebe,
satiniertes Gewebe oder dergleichen. Das Gewebe wird anfänglich um
etwa fünfzig
Prozent der Onginalbreite geschrumpft, in RFL-Lösung getaucht, ausgepresst
und getrocknet. Falls erforderlich, kann das Gewebe nochmals in
RFL getaucht werden, um einen gewünschten 30–50-%igen Fest-RFT-Zusatz am
Gewebe zu erhalten.
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Das
US-Patent Nr. 5,609,541 offenbart ein Zahnbespanngewebe, das mit
einer Gummimischung behandelt ist, in der hydrierte Acrylnitril-butadien-Gummi mit N,N'-m-phenylenedimaleimid
vermischt ist.
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Gewebe
mit Gerüstkonstruktion
in einer Richtung, die das Dehnen in der einen Richtung ermöglichen,
sind ebenfalls als abriebfeste Gewebe in Zahnriemenkonstruktionen
verwendet worden, wie in dem US-Patent Nr. 5,501,643 offenbart worden
ist.
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Obwohl
alle Gewebe des Standes der Technik bei herkömmlichen Riemen mit quer verlaufenden Zähnen eine
annehmbare Abriebfestigkeit liefern, kann durch die Verwendung eines
in zwei Richtungen dehnbaren Gewebes, wie es ferner in der vorliegenden
Erfindung offenbart wird, ein größeres Zahnprofil erreicht
werden. Ein solches Gewebe ist für
Riemen des in dem US-Patent Nr. 5,209,705 offenbarten Typs besonders
geeignet.
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Für die Zähne mit
schräg
verlaufender Mittellinie des HOT-Riemens variiert die Oberfläche der Zähne sowohl
in Querrichtung als auch in Längsrichtung
des Riemens. Wenn ein sich in einer Richtung dehnendes Gewebe mit
zur Längsrichtung
des Riemens parallelen Schussfäden
gelegt wird, wird die Veränderung
der Riemenoberfläche
in Querrichtung außer
Betracht gelassen. Die erfindungsgemäße Verwendung eines Zweirichtungsgewebes,
wie es hier offenbart ist, sorgt für eine Oberflächenveränderung
in beiden Richtungen und ermöglicht
ein besseres Zahnprofil. Der erfinderische Aspekt der offenbarten
Erfindung ist auch auf nicht schräg verlaufende Zähne für Antriebszahnriemen
anwendbar.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung ist auf eine verbesserte Zahnform bei Riemen
gerichtet. Die offenbarte Erfindung ist auf die Zahnform bei herkömmlichen
geradläufigen
Zahnriemen und bei schraubenartig versetzten Zahnriemen anwendbar.
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Das
offenbarte Gewebe ist in beiden Richtungen dehnbar und kann in einer
Richtung bessere Dehneigenschaften als in der entgegengesetzten Richtung
aufweisen.
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Die
offenbarte Erfindung wird erhalten, indem der Riemen mit einer äußeren Zahnverstärkungsschicht
aus einem in zwei Richtungen dehnbaren Webstoff versehen wird. Der
Webstoff, der Kett- und Schussfäden
enthält,
besitzt eine Gerüstkonstruktion.
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Jeder
Kettfaden und jeder Schussfaden des in zwei Richtungen dehnbaren
Gewebes ist mit einem Kerngarn versehen, um das wenigstens ein Garn
schraubenartig gewickelt ist, wodurch eine Relativbewegung des Kerngarns
innerhalb der Wicklung des zweiten Garns ermöglicht wird.
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Kurzbeschreibung
der Zeichnung
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Die
Erfindung wird anhand von Beispielen und mit Bezug auf die begleitenden
Zeichnungen beschrieben, worin:
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1 eine Querschnittsansicht
einer Ausführungsform
des offenbarten Riemens ist;
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2 das offenbarte Gewebe
zeigt.
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Genaue Beschreibung
der Erfindung
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Wie
in 1 gezeigt ist, enthält der Leistungsriemen 1 eine
Riemenkörper 2 mit
einer Innenfläche 3 und
einer äußeren, gezahnten
Deckfläche 4. Die äußere Deckfläche 4 besitzt
wenigstens eine Reihe von benachbarten Reihen von Zähnen 5.
Der Riemenkörper 2 ist
aus einem elastischen Elastomer hergestellt und vorzugsweise mit
longitudinalen dehnbaren Elementen 6, die in Längsrichtung
L des Riemens liegen, verstärkt.
Die Innenfläche 3 des
Riemens 1 kann ebenfalls mit Zähnen 5 ausgebildet
sein und so einen zweiseitig wirkenden Riemen bilden.
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Das
Elastomer für
den Riemenkörper 2 kann irgendein
Elastomer sein, das als geeignet für die Verwendung in solchen
Riemen bekannt ist, z. B. Polychloropren, Polyurethan, BBR, IIR,
IR, SBR, CSM, EPDM, andere in Wärme
aushärtende
Kunststoffe, thermoplastische Elastomere und andere Polymermischungen.
Die dehnbaren Verstärkungselemente 6 sind
gewöhnlich
aus mehreren Korden mit einem hohen Elastizitätsmodul hergestellt. Diese
Korde können
aus Glasfaser, Kohlenstoff-Faser, Stahl, Polyester, hochfestem Rayon
oder vorzugsweise Polyaramid hergestellt sein. Wenn der Riemen bzw.
Gürtel für Kraftfahrzeuganwendungen
verwendet wird, sind die dehnbaren Elemente üblicherweise unter Verwendung
von Glasfasern hergestellt.
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Die
gezeigten Zähne 5 sind
in der Längsrichtung
L um eine Teilungslänge
P gleichmäßig beabstandet,
wobei die Teilungslänge
P von einer Zahnmittellinie bis zur benachbarten Zahnmittellinie
geht. Die Zähne
können
schräg
zur Längsrichtung
L verlaufen. Bei schräg
verlaufenden Zähnen 5 liegt
der Neigungswinkel der Zähne
im Bereich von 15° bis 45°.
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Die
Riemenoberfläche 4 kann
durch mehrere benachbarte Reihen von Zähnen 5 definiert sein. Wenn
der Riemen 1 durch mehrere Reihen von benachbarten Zähnen definiert
ist, sind die Mittellinien der in Querrichtung benachbarten Zähne 5 um
einen Abstand im Bereich von 10% bis 90% der Teilungslänge P gegeneinander
versetzt. Außerdem
sind die Zähne 5 bei
schräg
verlaufenden benachbarten Reihen von Zähnen 5 in den in Querrichtung
benachbarten Reihen unter entgegengesetzt gleichen Winkeln angeordnet.
Diese Riemenkonfiguration wird als HOT-Riemen (helical-offset-tooth
belt = Riemen mit schraubenartig versetzten Zähnen) bezeichnet und ist in
dem US-Patent Nr. 5,209,705 offenbart.
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Die äußere, gezahnte
Fläche 4 ist
mit einem abriebfesten Gewebe 7 verstärkt. Das Gewebe 7 ist durch
Kettgarne 10 und Schussgarne 11 definiert. Die
Kettgarne 10 verlaufen in Querrichtung T, während die
Schussgarne 11 in Längsrichtung
L verlaufen.
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2 veranschaulicht die für den erfindungsgemäßen Riemen
verwendete Gewebekonstruktion. Das Gewebe 7 ist ein in
zwei Richtungen dehnbares Material mit einer Gerüstkonstruktion. Jedes Kettgarn 10 und
jedes Schussgarn 11 ist ein Verbundgarn, das ein Kerngarn 12 enthält, um das
wenigstens ein weiteres Garn 13 oder 14 gewickelt
ist. Gezeigt ist ein zweites Garn 13, das um das Kerngarn 12 gewickelt
ist, das wiederum von einem dritten Garn 14 umwickelt ist.
Wenn in dem Gewebe 7 sowohl das zweite Garn 13 als
auch das dritte Garn 14 verwendet werden, ist das zweite
Garn 13 in einer Richtung um das Kerngarn 12 gewickelt,
während das
dritte Garn 14 in der Gegenrichtung um das zweite Garn 13 gewickelt
ist. Wenn nur ein Garn 13 oder 14 verwendet wird,
kann das Garn 13 oder 14 in einer der beiden Richtungen
gewickelt sein.
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Die
Verbundstruktur sowohl der Kettgarne 10 als auch der Schussgarne 11 ermöglichen
das Dehnen des Materials in beide Richtungen. Bei der Konstruktion
des Gewebes 7 kann jedes Kettgarn 10 und jedes
Schussgarn 11 mit nur einem einzigen Garn 13 oder 14 versehen
sein. Bei einer solchen Konstruktion weist das Gewebe 7 in
beiden Richtungen die gleichen Dehneigenschaften auf. Wenn das Gewebe 7 sowohl
an den Kettfäden 10 als
auch an den Schussfäden 11 mit
zweiten Garnen 13 und dritten Garnen 14 konstruiert
ist, weist das Gewebe 7 gleichfalls in beiden Richtungen
die gleichen Dehneigenschaften auf. Wenn wegen des Zahn-Neigungswinkels Dehneigenschaften
gefordert werden, die in einer Richtung stärker als in der Gegenrichtung
ausgeprägt sind,
kann das Gewebe 7 mit einem Kettgarn 10 oder Schussgarn 11 gebildet
sein, das sowohl mit einem zweiten 13 als auch mit einem
dritten 14 Garn versehen ist, während das andere Garn 10 oder 11 lediglich
mit einem einzigen gewickelten Garn 13 oder 14 versehen
ist.
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Die
Garne des Gewebes 7 sind unter den auf diesem Gebiet bekannten
und herkömmlichen
Garnen ausgewählt.
Beispiele solcher geeigneter Garne sind Nylon (alle Typen), Nylon-Rayon-Mischung,
Aramid, Aramid-Rayon-Mischung,
Aramid-Nomex, Acryl, Acryl-Rayon-Mischung, Polyester, Baumwolle-Polyester-Mischung,
Rayon, Baumwolle und Baumwolle-Rayon-Mischung.
Die bei dieser Erfindung verwendeten Garne können entweder Filamente oder
in herkömmlicher
Weise erzeugte Zweitgarne sein. Das resultierende Gerüstmaterial 7 kann
eine Kombination aus Filament und Zweitgarnen sein, wobei die Wahl
von den gewünschten
Abriebeigenschaften und/oder den Kosten des Materials abhängt. Bevorzugte
Materialien sind, lediglich zu Veranschaulichungszwecken, Spandex
für das
Kerngarn 12 und Nylon für
das äußere zweite 13 und/oder
dritte 14 Garn.
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Bei
der Herstellung des Gewebes 7 wird das geschnittene Gewebe 7 in
herkömmliche
Resorcin-Formaldehyd-Latex-(RFL)-Lösung getaucht und wird das
Vulkanisieren zugelassen. Die Mischung der RFL-Lösung nach Formel wird in Übereinstimmung mit
herkömmlichen
Techniken auf diesem Gebiet so gewählt, dass sie mit dem für den Körper des
Riemens gewählten
Elastomer vereinbar ist. Das Tauchen und nachfolgende Vulkanisieren
erfolgt ohne zusätzliches
Dehnen des Gewebes 7.
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Während der
Riemenfertigung, beispielsweise in Übereinstimmung mit dem US-Patent
Nr. 5,733,399, wird das vulkanisierte, ungedehnte in zwei Richtungen
dehnbare Gewebe 7 auf die Form gelegt, wobei es an manchen
Punkten in dem Fertigungsprozess in die Form gepresst wird, um die
Außenfläche des
Zahnriemens zu formen. Infolge der Dehnung des Gewebes in zwei Richtungen,
ermöglicht
ein leichtes Verformen und Nachformen des Gewebes 7 jede
gewünschte
Zahnkonfiguration. Bei der Fertigung von HOT-Riemen können unter
Beibehaltung des gewünschten
Zahnprofils größere Neigungswinkel
für die
Zähne 5 erzielt
werden.
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Das
Gewebe 7 weist für
Zahnriemen außerdem
eine höhere
Abriebfestigkeit als herkömmliche Materialien
wie etwa ein herkömmliches
in zwei Richtungen dehnbares Gewebe und ein im rechten Winkel gewebtes
Gewebe auf. Riemen 1, die mit dem in zwei Richtungen dehnbaren
Gerüstgewebe 7 gebildet
worden sind, besitzen außerdem
eine höhere Riemennutzungsdauer
als Riemen, die mit herkömmlichen
Geweben oder herkömmliche
in zwei Richtungen dehnbaren Geweben gebildet worden sind.
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Infolge
der elastischen Eigenschaft des offenbarten Gewebes 7 erzeugt
die Dehnung und Verformung des Gewebes 7 während der
Herstellung kleine Zwischenräume 9 zwischen
den Kettfäden 10 und
den Schussfäden 11.
Die Zwischenräume schwanken
in der Größe in Abhängigkeit
vom Ort des Zwischenraum in Bezug auf die Formengestalt. Wenn der
Zwischenraum relativ groß ist,
kann das Zahn-Grundmaterial 5 in das Gewebe 7 und über das Gewebe
hinaus fließen,
was als Gummi-Durchschlagen bekannt ist. Das Gummi-Durchschlagen
hängt teilweise
von den unterschiedlichen Vulkanisiergeschwindigkeiten und Viskositäten des
Körper-Grundmaterials 2 und
Zahn-Grundmaterials 8 ab. Bei großformatigen Riemen, wie sie
bei industriellen Anwendungen verwendet werden, ist das Gummi-Durchschlagen erwünscht, wobei
der Gummi anstelle des Gewebes die Außenfläche des Riemens bildet.
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Bei
Kraftfahrzeug- oder anderen Transportanwendungen, bei denen der
hergestellte Riemen von vergleichsweise kleinerer Abmessung ist,
bildet das Gewebe 7 die Außenfläche des Zahns, weshalb das
Durchschlagen minimal gehalten werden sollte. Um das Gummi-Durchschlagen
zu verhindern, ist zwischen dem Zahn-Grundmaterial 8 und
dem Gewebe 7 eine Sperrschicht 15 angeordnet.
Die Sperrschicht 15 ist bei ihrem Anbringen während der
Konstruktion des Riemens eine unvulkanisierte Gummimischung. Eine
wirksame Sperre verhindert, dass das Zahn-Grundmaterial 8 in
die Zwischenräume
des Bespanngewebes 7 fließt. Um dies zu erreichen, ist eine
wichtige Eigenschaft der Sperrschichtmischung die Vulkanisiergeschwindigkeit.
Die Vulkanisiergeschwindigkeit der Sperrschicht 15 muss
höher als
die Vulkanisiergeschwindigkeit des Zahngrundmaterials 8 oder
irgendeines anderen Gummis in dem Riemen 1 sein. Vorzugsweise
weist die Sperrschichtmischung einen 10-%-Elastizitätsmodul
im Bereich von 550 bis 950 psi auf.